承担采暖负荷的背压机组电力调峰优化运行

承担采暖负荷的背压机组电力调峰优化运行摘要：本文将采暖建筑物、热网、热电厂及电网作为一个整体系统，利用供热系统热惯性大的特点，建立背压机组组成的热电厂参与电力调峰的优化运行模型。最后，举例给出一个采暖季背压机组供热和发电量的优化分配方案。关键字：背压机组热惯性优化运行符号说明B

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煤耗量

吨/小时

Z----

目标函数值C

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电能价值当量

元/kw.ha、b、g、q、w、j、a、b---

公式系数Ｃ；----

定压热容

KJ/°C

下标G

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热网水流量

吨/小时g

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供水I

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阶数或采暖期一天的时段数h----

回水J

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阶数或目标函数选取的天数n

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室内t

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温度

°Cw

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室外p

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发电功率

千瓦t

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当前时段q----

供热流量

吉焦/小时max

----最大DT

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时段长度

小时min

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最小q

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供热流量

吉焦/小时其它V

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燃料的价格

元/吨(k)---

第k时段一．前言热电厂在电力系统中占有举足轻重的地位。到1997年底，我国单机6000千瓦以上的供热机组总容量已达2197.1万千瓦，占同容量火电装机容量的12.12%[1],而北方热电联产的热负荷大部分用于冬季采暖。这种热电厂的运行方式主要是以热定电，其发电在电网中主要承担基荷，其不同时间发电量的多少受供热量的影响。在传统的热网供热运行中，供热量在一天内一般不做大的调整，因而造成供热机组不能实现最优的电力调峰运行。如果在不影响供热采暖效果的同时，改变一天之中不同时段的热网供热量，会使热电厂参与电力调峰的优化运行成为可能，从而会减少电网中其他调峰电站的高额投资，提高电力负荷低谷期电网系统的发电效率，进而产生巨大的经济效益和社会效益。文献[3]针对热网和采暖建筑物热惯性大的特点，对供热系统的热力工况进行了定量分析，并对以抽凝机组为例，研究了承担采暖负荷的热电厂参与电力调峰优化运行方式。本文将研究背压机组的电力调峰优化运行问题。铜二．供热淘系统热力膨工况分秘析组抬目前记集中供热英系统热力家工况调节管大都是从姨稳态出发茂，根据当尚天的室外铲温度，给布出当天的柱日平均供扛、回水温徐度来指导锡运行。这隙种静态调贩节方法无喇法反映热强网和建筑旧物的动态壮特性，一产天中热网缸的供热负榨荷很少变锣化，使得池热电厂背痒压机组的竞发电功率很在一天之逮中变化幅烂度很小。听这是承担殖采暖负荷补的背压供锄热机组无作法参与电鲁力调峰的维主要原因阴。闷卸事实愿上，一天续中某一时架段供热量哥的改变对结室温的影违响并不显抢著。热网凳实时运行智数据表明句，随着室泻外温度的题下降，热适网供热量鸭并不立刻央随之升高床，外温升任高时供热锋量也不立既刻随之下迷降。如果锁利用这种失特性，通各过动态方卷法获得小牌时级而不色是以天为苦单位的采争暖建筑物问室温与热往网供热量邀、外温之剂间的关系卷，挂

桨则在室温振被控制在喊允许的范地围内前提蚀下，可以员改变一天滚之中不同描时段的热左网供热量惕，从而使瞎热电厂参窗与电力调尚峰成为可界能仔。滨茫对于全一个以质绑调节方式抚运行的热能网供热系透统，从系谷统辩识的抹角度看，杀其输入参治数为热网强供水温芦度笋t寺g踩和室外温歼度载t错w螺，输出参挖数为热网撒回水温日度罚t庭h德和建筑物野室聋温凭t盟n戴，现热以院AMR扎A庆时间序列吊模型表示榜输出参数偶与输入参蕉数之间的厌关系竭：体盗以上狠两式中各乞项系数及味阶帆次页I寄、陕J麦取决于供归热系统的粪特性，可弦由实际热课网运行数栋据确定。搅现以沈阳冶某热网一达采暖期逐短时运行数贼据为基础维利用公式牺（皮1众a混）、公式呢（再1亮b脑）确定该晋热网输入拔输出参数靠之间的定密量关系。车选取时间兄长让度盈4傅小时为一自个时段，啄对进行预量处理，并络采用最小厅二乘法由靠实际运行品数据获得径公式吧（播2程a窃）、公式签（系2午b躬）的各项搏系狭数裙[3世]猾，见疯表塘1膀。环吗公式隙（异1撒b扮）中系千数叨j猪1哑、披w呜1撕远小于系霉数勺q呢1趋，说明瞬迅时热网供派水温度对瑞室温的作仿用并不十禁分显著，邀采暖建筑刘物室温主馅要取决于章前一时段演的室温。州这反映出质，某时段烫采暖建筑章物室温是上过去多个糕时段热网爸供热量共蜂同作用的迁结果。因尼此，可以锣改变过去蜘各时段供圆热负荷的房比例，而烟不影响当森前时段建派筑物的采太暖效果。满这就为在守不影响采跑暖效果的宗前提下调强整热电厂纵不同时段衰的热负荷遥，进而优傅化供热机证组的运行截方式、参阻与电力系蝶统的调峰业创造了条雾件腊。孟

漠三．热电辞厂的调峰湾优化运嘉行止座热电驰厂的运行宁，首先要显保证用户议对热负荷下的需要。处对于承担号采暖热负赤荷的热电同厂，应保赴证采暖建眠筑物室温锐在允许的榨范围内。蚁由本文第只二部分对秒热网系统丛供热工况葱的分析可酱知，在不边影响采暖初效果的前递提下，热已电厂的供别热负荷分阔配在一天童中是可以苹改变的。染热电厂在雅不同时段偏该如何发庄电和供热宋才是最优鼻运行方式你？当然，验目前许多猎热电厂发毒电量的多锹少受电力吓部门统一惜调度，不皮能任意多够发。但是术，如果将班电力系统骨、热电厂弊和供热系盈统作为一缎整体研究全，必然有茫一个最优蓬的热电厂苏运行方式背。海轨1六．分时电冰价欲病如果吴仅研究某田个热电厂椒的运行，领那么将该腿热电厂与贩电力系统符的其他电守站统一进稿行运行规茶划的研究尊方法是不暴合适的，领因为某一笛热电厂发服电量在电悔网中的比挑例是很微撇小的。因葡此，需要您有一联系鲁热电厂和杏电网的纽茫带，作为损衡量热电都厂不同时鹿间发电量菜对包括热刑电厂在内奇的整个电奸力系统贡粉献大小的慧尺度。本尊文采用文购献摇[4露]驻所提出的该基于电能屋价值当量求理论的分仔时电价作象为这一尺亮度狼。宾狐电能泡价值当量苏理论给出植了小时级制的单位电挂能生产和荒消费的价吩值，即小赵时级的分污时电价。燥电力负荷季高峰期和雄低谷期电絮能的分时裙电价不同幸，因而可炒衡量热电乔厂不同时励段发电量那的价值，边指导热电照厂的调峰疲运行。将划小时级分造时电价平揉均折算至默各时疼段枯(供4慎小灶时齐)失中，某电耗网典型日拢各时段分罚时电价分贼布见牢表小2柳，作为本总文计算的亩依据。预2删．建立数添学模型巡本文膊对由背压第机组组成启的热电联锐产系统加词以研究。笛汽轮机背哑压排汽通伏过买汽灰-超水换热器皂与热网水怜换热，并卷由热网向蠢采暖建筑半物供热。尝热网采取亿质调节方惕式运行。帐热电厂发缠电直接输奔送至电网弟。堂热电怪厂运行目捞标应是在斧保证热用面户采暖要指求和电厂娱安全运行竭的前提下丙，尽量增恭大总发电克量的价值谈，即电能忙价值当量渡与发电量仁之积，同汤时尽量减鼠小燃料消满耗量。将葵一天分册为唇I衬个时段，丑每个时段输为给D裳T佳小时，考炭虑苏J静天的热电童厂运行，油于是目标浓函数选为江：奖倘矮k粒时段机组吐燃料消耗返量寿B(k矿)仍是该时段歌供热流提量访q(k旁)晌的函数，批采用下式巧表达：柄背压算机组的供鹅热流初量愤q串和发电功庄率碰p魔的关系可委简单地认愈为是成正炮比关沾系碧:次热电辞厂抽汽供养热流量与移热网供回旅水之间的改关系用下交式表示：英对于姜供热系统气，热力工器况参数之姻间的关系膜除了要满订足式乌（若2经a僻）、式厘（属2辉b老）外，同话时要满足营以下条件乱：炎在第先四部分的挨实例中，趁最大允许尼供水温度银浴取板为庸120°固C五，最大室皇温德取太为毁19°矛C训，最小室眨温国取京为屈17°欧C功。谋系统呆的决策变食量为筛：批融由式袋（瑞2与）、式绸（签1让a夕）、式执（裂1宾b费）及式译（租3醒a怒）宵~敏（钢3这e袄）共同组致成热电厂穿优化运行脂的数学模鸣型。该数枝学模型属嫩于给定初干始条件的沫最优控制绍问题。其除中控制变戏量为错第扯k潜时段的供尽热机组供粱热寄量血q(k货)赏。由目标荷函数式阳（滨2部）可以看爸出，为了辆尽量增大禽总发电量擦的价值，动电能价值尚当量高的芳时段尽可缓能多发电莫，这时就扶会减小热蜜电厂的供摔热流量，密而电能价蛋值当量低鼻的时段尽低可能少发滔电，并增原加供热量拐，以弥补萄高电能价附值当量时腐段供热量霸的不足。春由于电能蝴价值当量通的高低反之映出电力趣负荷的变枪化，因此蒙由本数学逮模型所确津定的热电栋厂优化运采行方式又丝同时起到位了电力调纤峰的作用溜。躁兼3聋．模型的耀求解算法帝热电线厂电力调烘峰优化运炼行数学模敲型是给定凑初始条件赢的最优控富制问题。断该模型包仆含离散时富间差分方晋程（式退（躬1猾a葛）、味（捏1认b痰）），每饱一时段供纷热系统输维出参数不恨仅取取决于该蔑时段系统国的输入参坊数，而且轰是前若干仔时段输入挖输出参数傻的函数。贸当采暖期冈内所研究晌的天固数门I夫较大时，钓决策变量错数目较多缴，本文采移用动态规酸划法进行难求解。衡将时活间序列方豆程，即式袍（暑1脾a仙）、式顶（铃1摔b礼）用状态和空间方程甲表达，决借策变量为便而室外温待度摘为非控量表，可由已嚷有的预测顾模型赞给出。末动态言规划法置将奋N议个时段的席总体最优舞控制转化旷为以单个春时段为单思位的多阶漫段决策过疏程。目标笼函数式茄（穗2抓）的每一况时段分量武是该时段您状态量和也决策量的薪函数，对驰于稼第声k恰时段，根替据约束条辈件确定的群范围将状储态变量恶Ｘ（Ｋ）坝离散捕成匆L镰个确定量身嚼。对于每绝一离散的墙状态量，蔬将决策变宰量怎离散客成数M治个确定量楚。根据最列优性原理缝，漠从庭N有时段起逐亚时段向前毫进行优化技计算。完背成逐时段小向前直至择零时段的卵递推计算赵后，再根利据初始条孔件，向后即递推确定定各时段的殖最优决策苗序列：腾k=0,蜓1,..缴.徒N村。本文数逃学模型算叔法的流程法如公图裹1贱所示。侍四．应用亡举例吩在本状例鲜中个,奋狼选取的热衰电厂由三嫩台型号显为埋B6-5萌0/带5症的背压机紧组组成，光各机组以礼单元制方积式运行。玩并做以下祖设亭定剖:铲哄营1茶陵热电厂单混元制机组历锅炉出力尾范围困在埋50~1劫00凭%慎之间。单减台汽轮机景最大排汽旧供热量拳为蝴5此6掏吨奇/访小时。当浪采暖负荷竹超过三台辩汽轮机最捐大供汽量曲，由尖峰章锅炉参与脏供热。位山裙2叼卵将采暖期兽中的每天仿等分直为也6巧时段，对美整个采暖护期（当山年衫1鹅1咽月闯1威6总日至第二滔年闹3距月取3工1眯日）的热睁电厂运行浆进行优化政计算，于滤是目标函慌数式赖（就2秩）退中款J=13灾6,I=炉6钟。在初寒飘期的开留始粗5刻天和末寒辜期的最丸后扣2盗0存天一台汽余轮机停运派。倡线解3床蚕热网及采惩暖用户的跌选取沈阳际某热网为忽例，热网宫流量轰为哈1800蜘t/陈h矩。于是，头反映供热割系统输入魔输出参数右关系的式捷（刑1牙a参）、式狼（瓜1筑b高）各项系阔数仍为徐表孔1异的值。坝由于砖一天内不盒同时间发戒电的单位却电量价值统有很大差仍别，热电河厂发电量敞在一天中蹈也要改变优。啦图蓬2旬为本例整升个采暖期挽发电功率筋的优化计得算结堡果脏,萄图骄3鱼为相应的茶供热流量诞的分布。肢分时电价怨高的时段榆发电多，渡这时背压艺机组的供利热流量也值相应增加腔，而分时县电价低的包时段发电络少，其供停热量也相捏应减少。虏在尖峰供哪热期，供幕热机组在义最大排汽演供热工况笔点附近运刷行，此时鸦机组供热黄量已达到昆最隆大宰(170专t/h锻)毒，以满足垃这一时段举在整个采现暖负荷的扎需要，而指机组的发朝电功率也挨达到最大乏，即维持滨在详18.8凑MW哨附近。由桂于全天在各一个工况昼下运行，总热电厂没景有电力调歼峰能力。慨在尖峰期益附近的采我暖时段，暴机组具备村一定的调跳峰能力，学但调峰幅慈度不大，妇在这一期僻间，随着骄外温的增堪长，开始秀是分时电屠价最低的鹊时段发电妇量和供热籍量减小，掌直至达到翁最低。随忠着外温进稻一步升高沸，即采暖霸负荷进一率步降低，答一天中分足时电价处筋于中间值车的时段发拍电功率和祥供热量开浴始降低，模直至到达养最小。在酸初寒期辜的椅5症天和末寒抵期茅2骡0乳天，虽然法此时采暖许热负荷明壶显减小了惑，但由于第仅有两台祥机组运行诱，热电厂逢仍有调峰塞能力，只窗是发电量级在一天内拾的变化幅拆度减小了伏。施由此吐看来，由敢于热网在胳一天中采袍取了脉冲严式的供热顶方式，使往得机组的把发电功率薯可以根据仓不同时段陈电能价值裕当量的不韵同而改变蛮，从整个蠢电力系统冤上看，热惩电厂起到俘了调峰作诉用。庙由慢图热4谅可以看出冬，一天内箩采暖建筑少物的室温诊变化幅度县在慌0.5o光C解以内，并龙在整个采废暖期内维越持闹在岩17oC斧~19o摘C没的范围内寨，可见这恭种热电厂茶的运行方顿式并没有塑影响供热策采暖效果央。采暖期怜热网供回维水温度最汤高悟为架108.若2°早C惜，最低傅为六46.4嚼°过C店，而回水奇温度变化鼻幅度较小脱，抚在件51.9蕉°循C驾至杜30.6妥°柏C幼之间受。管编本文剪还将本运温行方案与虑一参考运下行方案进词行了比饥较随(穿见猴表庙2败)承。在参考膛运行方案吨中，一天神中供热总猾量与优化穷运行方案池相同，而型热网供水什温度保持拌不变。疲表怜2优给出两种劲运行方式介一个采暖腰季发电量锹和供热量日在一天中齿的六个时挑段的累加邀分布。可纲以看出，令对于优化且运行方式耽，随着电寒能价值当扑量不方同聪,新各时段发白电量与参嗽考运行方叨式相比有菌明显差别绝，这使得羊优化运行狠方式发电刃的平均电芬能价值当犁量高于参休考运行方径式。表中耍的总电能骡价值是六御个时段的治发电量与毒相应分时本电价乘积肯之和，而欠平均电能涉价值是指浆总电能价梁值与总发咱电量之比户。它反映蹈单位发电吗量的经济隆学价值。泰可以看出文，优化运巾行方式的奇平均电能集价值比参剑考运行方肚式高出树约蛮9.7柴%欣，定义式冈愁（趴2煤）的目标莫函数络值阿Z深为系统的裂总电量效舟益，并定怎义该值与送总发电量氏之比为系积统单位电愁量效益，机它可以表湖示在满足互采暖负荷尸的前提下搅热电厂单碍位发电量狡的经济学塌效益。由款表忘2剧看出，优浇化运行方我式的单位夹电量效益健比参考运丛行方式提设高了罗约铲16.5单%乔。忽表港2管雀热电厂优愤化运行方朗式和参考裂运行方式肠比售较静Tabl喂e2桂Comp劳aris细ono栗fth慎eop葛tima突lop斜erat湖ion众and蛮are徐fere茶nce狼oper膊atio哑n傲

忌最优运行煎方式包参考运行肥方式滥时段井分时电价式（穗元姨/kW砌h涉）熊供热命量奸(胜GJ)庸发电情量好(剧MW.h朴)岩供热脱量涌(巴GJ)蒸发电缺量聚(藏MW.h钓)冷0:00品~4:0伏0怖0.20幼1315滨07.2丝7疼5859索.26生1866甚85.6异0菌8372萌.40可4:00秃~8:0舒0傍0.20详1410私99.8用0棚6296绢.13弹1874抱29.2沉5都8406还.27蔽8:00痒~12.五00旋1.00羡2134菠74.4摆8粒9592病.53思1843甲39.7甩3室8265猾.56即12:0丈0~16瓦:00烤0.50辟2058摩96.9牧9评9247它.45虏1809奥38.2全5骂8110挎.63禾16:0臂0~20梅:00呢0.50给2028窃94.3请4弃9110福.75嚼1838村31.7崭0羊8242禁.42族20:0镜0~24饼:00笔1.00畜2133置44.7细6糠9586辜.59狂1849胁94.9预1磁8295谁.40封合计侵1108酷217.婆6转4969帐2.7口1108惧217.翠6筝4969偶2.7速总电能价衔值当朽量辨弃（万元）衔307汉8委．学9红280参9拣．夏3薄平均电能泼当量价值干（蔽元愤/kw.绘h需）照0.62忽0殃0.56凉5猫总电量效辉益（万元活）替190坚0饶．渠0飞1630额.3会单位电量刃效佣益券引（奖元源/kw.岁h蛙）抬0.38撕2拔0.32扛8五．结语辣背压卸机组的发休电量取决逢于供热量禁的大小，抢对于以采春暖为主的紫热电厂，美可以充分膊利用采暖他建筑物和鹅热网的巨围大蓄能能称力而进行逮调峰运行辫。如果这葡一运行方雕式得布以实现并责加以推广好，对于缓位解电网负银荷出现的壁峰谷差具垃有非常积朝极的作用笨。计算数张据表明，进采用本模荷型优化的采热电厂运谣行方式在